2024年, 第48卷, 第9期　
刊出日期：2024-09-20

  

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本刊特约
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  基于SVD-DAUKF算法的锂离子电池可用容量损失估计方法

  吴雨颢, 仇胜世, 王书航, 王若宇, 孙金磊

  电源技术. 2024, 48(9): 1667-1675. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.001

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  锂离子电池以高能量密度、高功率密度和长使用寿命的特点被广泛应用于储能系统中。在长期运行状态下,可用容量的准确估计是储能系统参与电力调节的关键。为了解决这一问题,提出了一种基于奇异值分解的双自适应无迹卡尔曼滤波算法(singular value decomposition-double adaptive unscented Kalman filter, SVD-DAUKF)的锂离子电池可用容量损失估计方法。构建了考虑老化的电池可用容量表达式;利用SVD-DAUKF算法结合等效电路模型,进行模型参数辨识和电池荷电状态估计;结合参数辨识结果和可用容量定义,在1 C下进行可用容量损失估计结果的验证,可用容量损失估计误差低于4%。
综述
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  钠离子电池初始库仑效率研究进展

  董春伟, 孔俊丽, 苏志江, 梁文斌

  电源技术. 2024, 48(9): 1676-1684. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.002

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  锂离子电池主导了便携式电子产品和电动汽车市场、储能市场,锂的成本和资源可用性也越来越受到关注。钠离子电池被认为是电网级能量存储系统的理想选择。然而,在钠离子电池实现商业化应用之前,仍有各种挑战需要克服,其中,初始库仑效率低是制约钠离子全电池实际能量密度提升的关键问题。分析了钠离子电池低初始库仑效率的影响因素,包括在初始循环过程中因电解液分解形成的固体电解液界面膜、较差的钠离子嵌入/脱出可逆性、缺陷和表面官能团影响等。总结了结构/形貌设计、表面改性、电解液优化等提高钠离子电池初始库仑效率的策略,对于推动与实现高能量密度钠离子电池的实际应用具有重要意义。
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  钠离子电池硬碳负极研究进展

  赵昊, 陈冬, 郑丽华, 刘桃松

  电源技术. 2024, 48(9): 1685-1691. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.003

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  锂离子电池(LIB)因其能量密度高、循环寿命长而被广泛用于移动储能。然而,锂资源的有限严重限制了其在大规模储能领域的应用。近年来,钠离子电池(SIB)由于成本低、安全性高等优点,成为了LIB有前途的替代品。硬碳具有较低的氧化还原电位、稳定的结构、较大层间距和相对较低的成本,被广泛用作SIB的负极材料。然而,硬碳负极较差的倍率性能和较低的首次库仑效率限制了SIB的性能。综述了钠离子电池硬碳负极的研究进展,包括硬碳储钠机理、前驱体选择以及制备工艺对硬碳性能的影响。
研究与设计：化学电源
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  多孔硅碳复合材料的制备及性能改善

  蒋世用, 钟宽, 詹世英, 姚骏

  电源技术. 2024, 48(9): 1692-1697. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.004

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  硅基负极材料存在体积膨胀、表面稳定性差和导电性低的问题。通过硅形貌调控、立体导电网络构筑、多孔结构构造和碳包覆的方法,制备了多孔硅碳复合材料。基于硅不同晶面离解能的不同,球磨获得硅纳米片。将含硅纳米片、碳纳米管(CNT)和石墨的浆料,喷雾干燥,获得硅纳米片和CNT自组装形成多孔结构。对多孔结构进行液相碳包覆,使多孔结构内的纳米硅和整个多孔结构表面形成碳包覆层,获得多孔硅碳复合材料。扣电测试显示,该材料可逆比容量为1 000.8 mAh/g,首次循环效率高达93.9%,全电测试显示优异的1 C特性和较好的循环稳定性,这主要得益于立体导电网络的构建、多孔结构的构造和双重碳包覆的形成,提高了硅基材料的导电性,缓解了体积膨胀,提高了表面稳定性。
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  石墨烯涂层铜箔集流体在硅基负极中的应用研究

  金睿, 周旭峰, 刘兆平

  电源技术. 2024, 48(9): 1698-1703. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.005

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  针对硅基负极体积膨胀大,在电池循环过程中易从集流体上脱落的问题,提出了石墨烯涂层改性铜箔集流体的创新思路。石墨烯涂覆增加了集流体表面的粗糙度,从而使集流体与活性物质的粘附力增强,抑制硅基负极中集流体与活性物质脱离的现象发生。与使用商业铜箔集流体的电池相比,使用石墨烯涂层改性铜箔集流体的电池在倍率性能和循环稳定性方面均有明显提升。使用石墨烯涂层改性铜箔集流体的电池在2 C高倍率下,硅基负极放电比容量为467.2 mAh/g;在0.2 C循环80次后,容量保持率仍超过50%,而使用常规铜箔作为集流体的电池容量保持率仅为18.2%。
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  一种高线能量密度的纤维状锂离子电池

  陈扬, 吕鹏

  电源技术. 2024, 48(9): 1704-1712. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.006

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  纤维状锂离子电池作为柔性电子设备的核心储能元件,表现出高灵活性、轻量化、可编织的优点。传统工艺制备的电极材料通常采用金属集流体涂覆活性物质的形式,在多种形变下容易造成活性物质龟裂、脱落等现象,影响储能性能的稳定。碳纤维(CF)具有电导率高、柔性好、机械性能强、可编织等优点,将其作为电极的导电骨架应用于柔性自支撑电极受到了广泛的关注。而碳纳米管(CNT)是常用在电极领域并具有大长径比、大比表面积的导电纳米材料,阵列碳纳米管(VACNTs)还能够提供高度有序的传导结构以及提高电极的机械强度。通过在CF上原位生长VACNTs作为柔性自支撑导电骨架,水热负载磷酸铁锂、钛酸锂分别作为正极、负极,组装成纤维全电池。在0.2 C的充放电倍率下,初始放电线比容量达到1.38 mAh/cm,线能量密度高达2.62 mWh/cm。
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  含硅高比能量锂离子电池循环后氧化亚硅颗粒失效分析

  刘松涛, 韩庆怡, 石雅珂

  电源技术. 2024, 48(9): 1713-1716. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.007

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  为实现锂离子电池比能量提升,使用硅基材料提升负极的平均比容量是一种常用的方法。其中氧化亚硅由于循环性能优异,已经在动力电池中得到应用。然而氧化亚硅基负极颗粒在充放电过程中体积膨胀收缩率较大,会影响电池的循环寿命。探究硅颗粒在膨胀收缩过程中颗粒的粉化和SEI膜的过渡生长与预紧力的关系,有助于改善含硅高比能体系的循环寿命。通过研究不同应力条件下高比能量锂离子电池循环后硅负极颗粒的失效状态,分析氧化亚硅颗粒失效机理。
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  高体积比能量锂离子电池的研究

  冉昕昕, 王储, 徐星, 田进

  电源技术. 2024, 48(9): 1717-1720. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.008

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  采用高镍三元正极材料和硅碳复合负极材料,通过对负极材料选型、电极面密度参数优化,成功制备出容量大于3.6 Ah的18650型锂离子电池。该18650电池体积比能量达到751 Wh/L,可3 C放电,工作温度范围为–40~60 ℃。电池具备良好的倍率性能、循环性能、低温放电性能、高温放电性能,综合性能良好,能满足用电设备的宽温域、长循环使用要求。
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  粉碎工艺参数对磷酸铁锂加工性的影响

  张芳平, 项良顺, 姜媛媛, 屠芳芳, 张子星, 严雅婷

  电源技术. 2024, 48(9): 1721-1725. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.009

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  以磷酸铁为铁源,通过碳热还原法制备出磷酸铁锂(LFP)材料,改变进料速度和粉碎压力对LFP进行粉碎,得到具有不同粒度分布的LFP成品。将LFP成品与导电剂、粘结剂一起匀浆并涂覆到集流体上,组装成电芯。结果表明：0.75 kg/h进料速度或21 m³/h粉碎压力下得到的LFP成品,D_max在20 μm以内,浆料细度在35 μm以下,极片压实密度≥2.44 g/m³,电芯0.1 C放电比容量≥159 mAh/g,兼具良好的加工性和电性能。
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  氧化镧掺杂锰酸锂材料的制备及其电化学性能

  周利强, 段长征, 郑好博, 许光日

  电源技术. 2024, 48(9): 1726-1729. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.010

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  采用高温固相合成法制备氧化镧掺杂的锰酸锂材料,研究了氧化镧不同掺杂比例(与二氧化锰的质量比分别为0%、0.5%、1.0%和1.5%)对样品性能的影响。实验结果表明：当氧化镧掺杂量为1%时,所制的锰酸锂材料在1 C下比容量最大,达到120.42 mAh/g;首次充放电效率最高,达96.76%;100次循环的1 C容量保持率最大,为90.28%。
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  高温循环对三元锂离子电池热安全性的影响研究

  储德韧, 孙建丹, 汪红辉, 许铤, 商照聪

  电源技术. 2024, 48(9): 1730-1737. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.011

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  热失控是影响锂离子电池向更高能量密度发展进而得到更大规模应用的主要问题之一。锂离子电池的热安全性不仅取决于电池材料和电池设计,还会随着其老化的方式和程度而变化。针对高温循环后的老化锂离子电池电化学性能的衰退和热失控行为进行了研究。将三元锂离子电池在72和25 ℃以1 C进行恒流恒压充放电循环老化,比较了新鲜和老化电池的电化学性能;采用加速绝热量热仪对新鲜和老化的电池进行热失控实验,探究高温循环下电池热安全性的变化规律;对老化电池进行拆解分析,以研究其老化机理。结果表明,高温循环使电池的电化学性能发生了严重衰退,这是正负极都发生了大量活性材料的损失导致的。在加速绝热量热测试中,新鲜和老化的电池都发生了热失控。分析表明老化电池中的电解液被大量消耗,减缓了其热失控动力学过程,老化电池热失控的整体危害性有所下降。
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  基于SVR和电化学阻抗谱的锂电池内部温度在线估计

  李强, 杨林, 李超凡, 赵小巍, 张树梅

  电源技术. 2024, 48(9): 1738-1746. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.012

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  准确实时地监测锂电池内部温度对于预防电池热失控至关重要。然而,目前尚缺乏有效的在线监测电池内部温度的方法。基于小型化阻抗测试系统,对锂离子电池在不同温度和荷电状态(SOC)下进行阻抗测试实验,研究电池温度和SOC对阻抗的影响,寻找与温度强相关而与SOC弱相关的特征频率。在此基础上,提出了一种基于支持向量回归(SVR)算法的锂电池内部温度估计算法,无需额外传感器,实现对电池内部温度的无损准确估计。
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  浸没式液冷磷酸铁锂模组热失控研究

  王凌云, 沈斌, 王宁, 刘世桐

  电源技术. 2024, 48(9): 1747-1754. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.013

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  锂离子电池模组液冷条件下的安全性具有自身特点,对其开展实验研究具有重要的现实意义。在浸没式液冷系统测试平台上开展了280 Ah磷酸铁锂离子电池过充、外短路和过热三种诱发方式的热失控实验,以考察单体电池及模组液冷条件下诱发热失控过程中的热行为,并将其与自然对流条件下的热失控行为进行对比。研究发现：采用浸没式液冷,能降低过充诱发热失控时的产热起始温度、热失控诱发温度和热失控后峰值温度;能减弱电池短路诱发热失控时的过程温升速率和峰值温度,使电池热失控发生时刻后延。此外,采用浸没式液冷时,2 kW加热板贴合加热的过热诱发热失控实验中,电池最高温度为90 ℃,未发生热失控。
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  电动飞机电池组微通道风冷散热研究

  王邱宇, 徐斌, 施文奎, 李晓龙

  电源技术. 2024, 48(9): 1755-1763. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.014

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  电动飞机已成为航空飞行器的重要发展方向。电动飞机配置的电池组能量密度更高,工作时功率大产热多,如果热管理不善,容易使电池组自燃,且飞行过程难以紧急避险,所以必须重视电动飞机电池组热管理。提出在常规Z型风冷系统中增设微通道冷板的方案,对电动飞机电池组进行散热;对电池组工作过程进行仿真,计算各种环境和使用条件下电池组生热及散热功率,以便采取措施更有效地实施电池组热管理。仿真计算了电动飞机滑跑、加速和爬升段飞行时的无风条件、常规Z型风冷和增设微通道冷板新型Z型风冷的生热和散热功率。结果表明：增设微通道冷板新型Z型风冷散热效果最好,与常规Z型风冷比较,电池组最高温度下降约7 ℃,温差下降约6 ℃。
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  电网储能用磷酸铁锂电池弛豫现象研究

  李一凡, 王铭民, 郭鹏宇, 何永君

  电源技术. 2024, 48(9): 1764-1768. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.015

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  磷酸铁锂储能电池长时间处于调峰调频复杂工况下会引起电池电极活性降低和寿命衰减现象。开展了调峰调频工况下磷酸铁锂储能电池模组的充放电实验,对其弛豫行为进行分析,对比不同荷电状态(SOC)、不同充放电方式、不同充放电倍率下弛豫电压的变化,提出电压偏移率作为度量电压恢复能力的指标。实验结果表明：调频模式的电压恢复时间大于调峰模式,电流倍率越大,弛豫时间越长;调峰模式下每次充放电循环后间歇静置540~660 s,调频模式下每次循环后静置900~1 100 s,有利于电压的恢复。
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  基于放电曲线和模糊C均值法的退役电池一致性分选方法

  赵光金, 孟高军, 董锐锋, 苏令, 张正

  电源技术. 2024, 48(9): 1769-1776. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.016

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  在电动汽车井喷式增长的背景下,巨量退役的动力电池如何回收成为当前电动汽车行业亟待解决的问题。考虑到退役电池容量、内阻等性能会出现较大的不一致性,在对退役电池梯次利用前,有必要根据其性能状况进行一致性分选,以实现退役电池的经济效益和利用率最大化。提出了一种基于放电曲线和改进模糊C均值算法的退役电池一致性分选方法。该方法以退役电池单体为研究对象,借助1 C充放电实验选取放电曲线,进行特征参数提取;在此基础上,结合改进的模糊C均值算法构建退役电池高精度分选模型,基于简化的特征点提取过程,在不同容量梯度的退役电池下对分选方法的可行性进行了验证。
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  基于分数阶模型多新息UKF动力电池SOC估算研究

  郑轶, 许永红, 张红光, 童亮

  电源技术. 2024, 48(9): 1777-1788. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.017

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  动力电池管理技术是保障新能源汽车高效、安全和可靠运行的核心和关键。动力电池的荷电状态(SOC)是动力电池管理技术的基础,然而动力电池SOC的不确定影响因素太多,如何精确估算动力电池的SOC成为关键问题。针对SOC难以精确获得的问题,搭建了动力电池测试平台,开展了动力电池的常规性能测试、寿命测试,建立了基于分数阶理论的动力电池分数阶模型,将多新息理论与分数阶模型无迹卡尔曼滤波算法结合,提出了分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波(FOMIUKF)算法,并采用该算法对动力电池进行SOC估算。在不同的环境温度、动态工况、SOC初始值条件下对基于不同算法的动力电池SOC估算精度进行了对比分析。结果表明：基于FOMIUKF算法对动力电池SOC估算结果的平均绝对误差和均方根误差的值最小。在不同的动态工况下,采用FOMIUKF算法对动力电池SOC估算结果的平均绝对误差的最大值约为1.04%,对SOC估算结果的均方根误差最大值约为0.858 6%,这表明采用FOMIUKF算法对动力电池SOC估算结果的精度高于EKF、UKF、FOUKF算法。
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  大容量低温功率型钠离子电池及模块性能研究

  徐国平, 陈彦强, 刘兴江

  电源技术. 2024, 48(9): 1789-1793. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.018

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  钠离子电池由于其丰富的资源和广泛的分布,具有潜在的低成本优势,显示出巨大的应用前景。与电池火灾和爆炸有关的事故也进一步证实,二次电池的安全性是动力及储能系统的先决条件。采用P2型层状氧化物材料制备60 Ah大容量低温功率型钠离子方形电池及2并7串电池模块,并进行了电化学及安全性能测试。
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  不同乙炔炭黑对涂炭铝箔性能的影响

  韦宗辰, 王胜杰, 邱诗铭

  电源技术. 2024, 48(9): 1794-1799. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.019

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  采用三种不同的乙炔炭黑为原材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、比表面积(BET)、激光粒度仪等对乙炔炭黑进行表征与分析。测试加入不同乙炔炭黑的浆料的稳定性和粘度变化,通过凹版涂布工序制得涂炭铝箔并进行电性能测试分析,评估三种乙炔炭黑对涂炭铝箔性能的影响。结果表明：实验室所用的乙炔炭黑颗粒团聚粒度分布在8 µm左右,比表面积约为60 m²/g,SP-009和Li-2060表面粗糙,具有蓬松的孔状结构,有利于活性物质嵌入,增大活性物质与箔材的接触面积。配制成浆料后,SP-009在三者中沉降最少,分散性和稳定性较好。SP-009的涂炭铝箔电阻率最小且较为集中,均值为1.95 mΩ,电阻越小,性能最优。将三者制成的电池循环性能进行对比,SP-009的电池经过循环100次后容量保持率最高,为84.46%。SP-009乙炔炭黑性能较好,提高了浆料的稳定性和涂炭铝箔的导电性能。
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  硫化钼改性的碳载体对提高PEMFC抗CO性能的研究

  时旭钊, 宋微, 韦涛, 郝金凯, 邵志刚

  电源技术. 2024, 48(9): 1800-1806. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.020

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  质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极铂(Pt)的一氧化碳(CO)中毒问题限制了燃料电池的大规模商业化应用。报道了一种用于氢氧化反应的耐CO的燃料电池阳极催化剂,该催化剂由硫化钼(MoS₂)改性的导电炭黑载体以及沉积在载体上的Pt纳米颗粒组成,命名为Pt/C-MoS₂。采取透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)及电化学测试等方法表征了不同MoS₂含量的催化剂的结构、组成以及性能。实验结果表明,硫化钼的添加提高了催化剂的CO抗性,载体中硫化钼含量为10%的样品(Pt/C-MoS₂-10)表现出最佳的性能。单电池测试的结果也验证了Pt/C-MoS₂-10催化剂CO抗性的提高。
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  PtIr双功能催化剂膜电极制备及抗反极性能研究

  黄晓婷, 贺阳, 孙毅, 张晓艳

  电源技术. 2024, 48(9): 1807-1813. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.021

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  燃料供应不足会导致质子交换膜燃料电池膜电极电压反转,造成阳极催化层中的碳载体发生严重腐蚀,进而给燃料电池带来不可逆的损伤。为了解决该问题,采用双功能PtIr合金作为阳极催化剂制备膜电极,并对其进行了电极极化性能、反极和交流阻抗等测试。结果表明,PtIr/C电极的峰值功率密度可达1.49 W/cm²,较Pt/C- IrO₂(50%)电极(1.46 W/cm²)提高2.1%。反极结果表明, PtIr/C电极抗反极时间725 s,较掺杂IrO₂的Pt/C电极反极性能略差,但在整个反极过程中PtIr/C电极呈现出更低的绝对反转电压,以及反极后保持更高的结构稳定性。反极后PtIr/C电极峰值功率密度降为1.18 W/cm²,衰减约20.80%,而Pt/C- IrO₂(50%)电极的峰值功率密度降至1.09 W/cm²,衰减约25.34%。PtIr/C电极相较掺杂IrO₂的Pt/C电极具有更佳的初始极化性能和优异的抗反极能力。该研究结果对质子交换膜燃料电池高性能长寿命膜电极催化层设计具有重要的意义。
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  基于TCN-GRU-A模型的PEMFC老化预测方法

  李浩辰, 谢长君, 朱文超, 吴航宇

  电源技术. 2024, 48(9): 1814-1819. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.022

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  为实现对动态工况下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的老化预测,并提升门控循环单元网络(GRU)的预测能力,提出了一种将时间卷积网络(TCN)、注意力机制(Attention)和GRU结合起来的TCN-GRU-A预测方法,通过引入TCN层提升GRU特征提取能力,并用注意力机制对GRU输出特征进行加权以提升预测精度。采用PEMFC动态耐久实验数据集进行验证,通过与多种深度学习模型的预测结果对比表明：在对全电流负载数据和定电流负载数据进行的预测中,该预测方法均具有更小的预测误差和更好的拟合度。
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  高功率质子交换膜燃料电池两相流数值模拟

  郭东旭, 李娜, 滕越

  电源技术. 2024, 48(9): 1820-1826. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.023

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  随着氢能产业的进步与发展,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的运行压力和功率密度不断提高。基于FLUENT程序包,采用非饱和流动理论(UFT)建立了梯形流道的PEMFC三维稳态非等温两相流数值模型,针对PEMFC运行压力特别是高压高功率密度工况下的两相流行为进行了模拟分析。研究表明,高运行压力会明显提高电堆功率密度、液态水冷凝速率、液态水饱和度以及膜水含量。随着压力和电流密度的提高,水的冷凝、电拖拽和反渗透会产生强烈的非线性变化,导致液态水的积聚位置向入口侧偏移。
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  NiCl₂作为添加剂对热电池NiF₂正极材料倍率性能的影响

  赵亚旭, 刘志成, 张梦起, 原强, 谢欣

  电源技术. 2024, 48(9): 1827-1831. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.024

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  与硫化物相比,氟化物作为热电池正极材料,具有较高的理论放电电压和放电比容量。其中,NiF₂正极材料的理论放电电压为2.96 V,理论放电比容量为554 mAh/g。然而,由于NiF₂本征的离子电导率较低,导致其作为热电池正极材料时倍率性能较差,在1 A/cm²电流密度下出现明显的容量衰减现象;另外,NiF₂的实际放电电压也远低于理论值。NiCl₂正极材料的倍率性能较为优异,将其作为添加剂与NiF₂正极材料进行复合,可以显著改善NiF₂正极材料在大电流密度下的极化现象,延长热电池的放电时间。
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  超临界水制备MoS₂及其在热电池中的电化学性能研究

  张梦起, 刘海瑞, 王晓峰, 原强, 赵亚旭

  电源技术. 2024, 48(9): 1832-1836. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.025

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  MoS₂是一种典型的具有类石墨烯结构的二维层状材料,高纯MoS₂的热分解温度可达800 ℃左右,表现出极好的热稳定性。选用超临界水体系制备MoS₂,并对其微观形貌、热稳定性以及作为热电池正极材料的放电性能等方面进行分析。研究结果表明,通过超临界水体系可以制备出花瓣形貌的MoS₂,并且1T-MoS₂组分可占据整个晶相的30.8%,作为热电池正极材料时,表现出优异的电化学性能。
研究与设计：物理电源
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  薄膜柔性基板与刚性太阳电池电路匹配性设计及验证

  郝晓丽, 李子度, 朱佳林

  电源技术. 2024, 48(9): 1837-1840. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.026

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  空间用太阳电池阵根据基板的类型分为刚性太阳电池阵、半刚性太阳电池阵、柔性太阳电池阵。针对折叠式柔性太阳电池阵柔性基板易变形的特点,提出了一种基于柔性基板与刚性太阳电池匹配性设计及验证方法。该方法通过对柔性太阳电池阵各层的热变形进行仿真计算,得出地面环境模拟验证试验的输入条件并据此开展试验验证,从而实现基板与电池匹配性设计及验证。
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  不同光伏组件封装胶膜性能对比研究

  张月, 赵振发, 程坤, 孙芳, 高亚瑛

  电源技术. 2024, 48(9): 1841-1845. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.027

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  太阳能组件的性能及使用寿命与封装材料的性能息息相关,因此研究它们的性能也是光伏组件研究过程中的重点之一。对目前市场主流的几种封装胶膜进行了简单介绍,并对其老化性能进行了系统的评估,分析了不同环境因素对几种胶膜性能的影响。
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  GaAs三结太阳电池1 MeV中子辐射效应研究

  唐光海, 周银行, 李盟, 刘珉强, 艾尔肯·阿不都瓦衣提, 马腾

  电源技术. 2024, 48(9): 1846-1852. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.028

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  研究了金属有机气相外延(MOCVD)方法制备的晶格匹配(LM)和正向晶格失配(UMM)砷化镓三结太阳电池在1 MeV中子辐照后的电学和光学性能衰退情况。结果表明：在中子辐照下,电池电学性能,包括短路电流(J_sc)、开路电压(V_oc)、最大功率(P_max)、填充因子(FF)均发生明显衰降,且衰降幅度随注量增加;电池串联电阻R_s随注量增加,并联电阻R_sh随注量减小。在相同注量下,LM和UMM的P_max退化情况相近,当中子注量达到6×10¹² n/cm²时,LM和UMM电池的最大输出功率P_max分别下降至初始值的72.9%和72.3%。由外量子效率(EQE)光谱退化曲线和子电池积分电流密度可知,两种电池的中电池光电流退化均最明显且为电池的限流子电池。
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  基于GSO的多时间尺度光储联合调频双层优化模型

  杨天国, 周翔, 李晓敏, 吴庆升, 徐璞, 何逸

  电源技术. 2024, 48(9): 1853-1859. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.029

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  光伏等可再生能源快速发展的同时也给微网系统频率稳定带来了巨大挑战。为解决微网源-荷之间功率不平衡造成的频率稳定性问题,建立了基于孤岛光伏微网的双层多时间尺度频率优化调度模型,从系统规划和运行两方面综合考量了系统频率的优化调节问题,在上层模型中构建了以经济收益为目标的函数,对微网系统长期储能进行优化配置;在下层模型中建立了运行成本和频率偏差均方根的多目标函数,建立了光伏动态减载和储能协调调频的日前优化调度模型,并引入黄金搜索算法对多时间尺度双层优化模型进行求解,给出了最优储能配置以及各机组的运行特性。通过算例仿真验证了所提模型的正确性和有效性。
研究与设计：系统技术
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  一种星上直驱电推进的新型高压变换模块

  蒋思越, 葛斯乔, 蒋硕, 李康, 黄智

  电源技术. 2024, 48(9): 1860-1865. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.030

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  随着卫星的功率需求越来越大,电推进等高压大功率设备在卫星上广泛应用,传统的100 V母线架构难以满足卫星日益增长的需求。提出了一种适用于直驱霍尔电推进设备的高压母线变换模块,采用两级式架构,前级采用交错Boost电路,后级采用全桥升压电路,可以提供300 V的高压母线,同时实现最大功率点跟踪(MPPT)、电流恒流充电和母线稳压等功能。